FR2493201A1 - Procede de coulee d'un metal, notamment pour la realisation de lingots - Google Patents

Abstract

-L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE COULEE D'UN METAL, NOTAMMENT POUR LA REALISATION DE LINGOTS. -SELON CE PROCEDE, ON COULE LE METAL PROVENANT D'UNE SOURCE DE COULEE 2 DANS UN RECEPTACLE 1 PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE TUBE 5, DONT L'EXTREMITE INFERIEURE EST IMMERGEE DANS LA MASSE FONDUE 3 SITUEE DANS LE RECEPTACLE, ON CONSOMME EN CONTINU L'EXTREMITE DU TUBE 5 EN LUI CONSERVANT UNE LONGUEUR IMMERGEE SUFFISANTE POUR REALISER UNE AGITATION SUR TOUTE LA SURFACE DE LA MASSE FONDUE 3, SANS CIRCULATION SUPERFICIELLE DU METAL, ET ON ENLEVE LE TUBE 5 UNE FOIS LA COULEE TERMINEE. -APPLICATION NOTAMMENT A LA COULEE DE LINGOTS D'ACIER SANS CROUTES, OU FISSURES.

Description

La présente invention concerne des procédés de coulée d'un métal et en

particulier un procédé de coulée permettant de réaliser des lingots possédant une netteté de surface supérieure et une absence d'inclusions de taille importante.

On a constaté récemment que l'opération d'agita-

tion est l'action la plus importante dans la fabrication de l'acier. L'agitation forcée du métal fondu provoque des

réactions rapides et efficaces du bain du laitier, l'homo-

généisation du métal fondu et une meilleure élimination

des composants non en acier, avec pour conséquence une ré-

duction des inclusions non métalliques dans le métal soli-

difié final. Deuz procedes d'agitation ont été util!isés

d'une manière générale dans l'industrie de l'acier, Un pro-

cédé est basé sur l'agitation par induction, qui utilise des courants électriques d'induction pour provoquer une circulation ou une agitation du métal. Le second procédé consiste à utiliser un gaz porteur contenant des particules de Ca Itallioue introdittes dans le métal pour qu'elles sî qaporent

ou d'autres métaux qui s'évaporent à la température de fa-

brication de l'acier et entraînant l'apparition de bulles

avec le gaz porteur circulant. D'après ce que l'or.

connaît, aucun autre procédé n'a réussi.

On sait que, lorsqu'une lingotière ou une poche

de coulée est remplie par de l'acier à partir d'une buse si-

tuée au-dessus du réceptacle, le jet de métal fondu pénè-

tre en partie dans l'acier situé déjà dans le réceptacle

et se déplace selon un mouvement ascendant et vers l'exté-

rieur jusqu'à ce qu'il atteigne une paroi du réceptacle,

puis descend le long de la paroi du réceptacle sur une cer-

taine distance et revient ensuite vers le centre du récep-

tacle. L'énergie du jet de métal fondu varie à l'intérieur du réceptacle, lorsqu'il remplit ce dernier. Au début, la hauteur de chute entre la buse et le fond du réceptacle est

maximale et la quantité de métal agitée est minimale. L'agi-

tation est la plus intense à cet instant. D'autre part, lorsque le réceptacle est presque plein, la hauteur de chute depuis la buse est fortement réduite et la quantité de métal agitée est importante. A cet instant l'agitation du métal

est très inférieure à ce qu'elle était au début de l'opé-

ration de coulée. Un autre inconvenient important de la pratique usuelle est l'éclaboussement du métal sur les parois du réceptacle, ce qui entraîne l'apparition d'in- clusionsoi de crottes et d'autres dëfauts de surface. C'est pourquoi l'e-fficacité de la coulée classique en tant que

moyen d'agitation a fté estime coLne éant peu satisfai-

sante étant donné l importante vari etion de lefficacité

d'agitation entre le début et la f in et en raison des pro-

blèmtes physiques qui y sont 1es.

On a découvert que lintroduction d.aditifs permet

de rendre la coulge de métal fondu plus efficace pcur l'agi-

tation et pour le contr6le général de la qualité de l'acier Ou du métal obtenu en définitive, Ce problème est résolu confo.émelnt à!invention à l' aide d 'un procédé de couléae selon lequei le jet de m'a

tal fondu, transvasé ou coulé es-'% conf!né à un t1ube con-

somimable inséré dans le réceptacle et ledit tube est consonmé dans le métal situé dans le réceptacle lorsque le métal monte à l'intérieur de ce dernier a une vitesse comandée, de sorte

que l'extrémité de décharge du tube reste à un niveau essen-

tiellement constant au-dessous de la surface supérieure du

métal dans le bain, lorsque le réceptacle se remplit. De pré-

férence le tube est constitué en un métal possédant une com-

position identique ou comparable à celle du métal qui est

coulé. Il est essentiel que le tube soit agencé de telle ma-

nière que l'extrémité du tube reste toujours au-dessous de la surface supérieure du bain de métal fondu, à un niveau essentiellement constant suffisant pour fournir une action d'agitation sensiblement sur toute la surface supérieure et pour empêcher le métal de circuler au niveau de la surface supérieure selon le schéma de circulation classique de l'acier coulé de façon conventionnelle. Cette action d'agitation s'effectue sur une épaisseur essentiellement uniforme à l'intérieur du bain métallique. Des additions de laitier

et/ou d'alliage sont introduites dans le tube pour âtre en-

traînées par le métal fondu en circulation et être agitées à l'intérieur du bain. De préférence les constituants du

laitier ajoutés sont ceux qui fournissent un affinage sup-

plémentaire et abaissent le point de fusion du laitier,

comme par exemple du Al2031 Ce203, CaF2 ou des sels d'ha-

logènes. Ces alliages, qui sont de préférence ajoutés con-

formément à la présente invention, sont ceux qui sont les plus réactifs, tels que des alliages d'aluminium, de titane,

de zirconium, de magnésium, de calcium ou des terres rares.

La mise en oeuvre du procédé selon l'invention

présente de nombreux avantages par rapport aux procédés ac-

tuels. L'énergie d'agitation du jet du métal fondu reste essentiellement constante pendant la durée de la coulée et le diagramme-d'écoulement classique à la surface du métal contenu dans le réceptacle est--tuprrimé. Etàn.t-.donné que la longueur du tube au-dessous de la surface du métal fondu reste essentiellement constante, le volume de métal agité

est essentiellement constant pendant la durée de la coulée.

Lorsque l'on ajoute un matériau de formation de laitier au métal coulé, en choisissant correctement sa composition, il est possible dlaccroître à la fois la protection de surface

et l'affinage du métal ainsi que la formation d'une pelli-

cule mince d'une couche de laitier entre la paroi du récep-

tacle et le métal fondu, ladite pellicule fournissant, sur le métal solidifié, une surface qui est essentiellement exemptE de défauts tels que des croûtes, des fissures, etc... qui se forment habituellement sur les surfaces des lingots coulés de façon classique. En outre, le fait de recouvrir la surface du métal à l'extérieur du tube de remplissage avec du laitier fondu, réduit la teneur en oxygène situé dans le métal qui est coulé, en l'amenant à une valeur inférieure à celle que

l'on peut obtenir en utilisant une coulée classique. A nou-

veau ceci entraîne une réduction du nombre des inclusions et une réduction de la longueur de ces dernières dans le produit final. La mise en oeuvre de la présente invention réduit de façon importante les effets nuisibles d'une réoxydation qui apparaIt pendant la coulée d'aciers contenant des produits anti-oxydants forts et qui se produirait dans le cas de la

mise en oeuvre d'une coulée classique.

Certains objectifs, buts et avantages de la pré-

sente invention ont été exposés dans la description générale

qui précède et d'autres objectifs, buts et avantages de l'in-

vention ressortiront de la description qui va suivre, considé-

rée en référence aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 représente un modèle schématique de circulation d'un acier coulé de façon classique, tiré d'un article de G.J. Roe et BoL. Bramfitt, intitulé "M4odélisation de la coulée de lingots', dans la revue Proceedings of Electric Furnace Conf., volume 36, 1978;

- la figure 2 est un graphique représentant la lon-

gueur moyenne des inclusions en fonction des valeurs de l'es-

sai de résilience Charpy sur encoche en V (désignées ci-après sous le sigle de valeurs CVN); - les figures 3% et 3D sont des photographies de lingots fendus montrant la réoxydation d'aciers traités avec des terres rares, respectivement avec et sans la protection fournie par le procédé conforme & l'invention; - la figure 4 montre une courbe typique de mesures d'inclusions; - la figure 5 représente un graphique tiré de deux spécifications militaires américaines dont les courbes montrent les variations de la limite conventionnelle d'élasticité (en Da en ordonnées) en fonction de lavaleur CVN (abscisses N.m);

- la figure 6 est un graphique montrant la di-

minution de la surface (abscisses) en fonction de la limite

conventionnelle d'élasticité (en VPa en ordonnéDes) pour les deux spécifi-

cations militaires américaines représentées sur la figure 5; et - les figures 7A à 7D sont des photcicrographies de disques ayant subi des macro-attaques à l'acide et provenant de la partie supérieure et de la partie inférieure de deux lingots, dont l'un a été traité avec un laitier et des terres

rares conformément à la mise en oeuvre de la présente inven-

tion, et dont l'autre a été traité uniquement avec un laitier.

En se référant à la figure 1 des dessins, tirée d'un article de G.J. Roa et B.L. Bramfitt, "Modélisation de la coulée de lingots", Proceedings of Electric Furnace Conf., volume 36, 1978, on y voit représentés schématiquement les modèles ou diagrammes de circulation qui existent lorsqu'une lingotière 1 est remplie avec de l'acier. Le jet provenant de la poche de coulée 2 pénètre dans l'acier 3 qui est situé dans la lingotière et pénètre partiellement à l'intérieur

de l'acier situé déjà dans cette dernière. Le schéma de cir-

culation représenté par les flèches 4 s'étend ensuite vers le haut et en direction du côté de la lingotière 1, puis descei le long du côté de cette dernière sur une distance importante, avant de prendre une direction inverse, et de revenir-en direction

du centre de la lingotière. L'énergie de l'écoulement ou du je-

de coulée, lorsque ce dernier quitte la buse 5, reste presque

constante perdant le remplissage d'une lingotière quelconque.

Cependant l'énergie du jet varie dans une large mesure à l'in-

térieur de la lingotière lorsque celle-ci se remplit. Lorsque

la lingotière commence à se remplir, la hauteur de chute de-

puis la poche de coulée 2 jusqu'au niveau de l'acier 3 à l'in-

térieur de la lingotière 1 est maximale (introduction maximale d'énergie) et la quantité de métal agitée est minimale. C'est

pourquoi l'agitation est la plus intense à cet instant. Cepen-

dant lorsque la lingotière est presque entièrement remplie, comme représenté sur la figure 1, la hauteur de chute depuis 1l

poche de coulée jusqu'à la surface du métal a diminué (l'éner-

gie d'agitation est plus faible) et la quantité de métal agi-

tée est beaucoup plus importante. L'agitation à l'intérieur de la lingotière à cet instant est nettement plus faible que

lorsque la coulée du lingot a commencé.

L'une des nouvelles caractéristiques de la présente invention réside dans le fait que l'énergie d'agitation de ce jet de coulée reste presque constante pendant la coulée d'un lingot, lorsqu'un tube constitué en un métal compatible avec le métal coulé est introduit à l'intérieur de la lingotière 1 et que le métal est coulé à travers ce tube. Le tube supprimE le circuit d'écoulement du niveau de la surface supérieure du lingot et concentre cette énergie à l'intérieur du tube. La

longueur de pénétration du tube dans le métal fondu est com-

mandée automatiquement par la vitesse avec laquelle le tube fond lorsque le métal fondu monte dans la lingotière 1, de sorte que le volume de métal agité reste essentiellement constant. Cette énergie d'agitation constante peut être

alors utilisée pour agiter une adjonction de laitier in-

troduite dans le tube avec le métal, de telle manière qu'une chaleur suffisante est transférée depuis le métal au laitier afin de fondre ce dernier. Si le laitier est ajouté en une quantité suffisante pendant la coulée du métal, le jet de métal peut toujours être introduit à l'intérieur d'un laitier d'affinage, qui serait le plus avantageux pour le métal qui est coulé. Cependant un tel laitier serait efficace même s'il était ajouté dans sa totalité de façon précoce pendant la coulée du lingoto Dans la plupart des case ce serait un

laitier à bas point de fusion constitué par des oxydes sta-

bles (ceux possédant des énergies libres négatives élevées de formation) tels que CaO, A1203, Ce2030 etco., et par un certain flux tel que du fluorure de calcium (CaFé2) ou un autre sel contenant l'un des halogènes (chlore, fluore, iode, etc.o.) qui permette d'abaisser le point de fusion du laitier à une température telle qu'il peut être fondu aisément, lorsqu'il

est agité avec le jet de coulée de métal fondu.

Une partie du laitier fondu à l'intérieur du tube est entraînée par le jet de coulée et est véhiculée au-delà de la base du tube, apres quoi elle flotte à la surface du métal situé dans la lingotière. Si l'on choisit soigneusement la composition du laitier, une partie du laitier se solidifiera sur le pourtour du ménisque du métal, lorsque celui-ci monte à l'intérieur du moule, en laissant subsister une couche mince de laitier entre le métal et la lingotière ce qui crée une surface sur le lingot solidifié. La surface ainsi créée est

essentiellement exempte des défauts tels que crotes, fissu-

res, etc..., que l'on trouve habituellement sur les surfaces

des lingots de métaux coulés de façon classique.

On peut ajouter des alliages avec le laitier pendant

l'opération de coulée du métal, sous la forme d'éléments pos-

sèdant une taille maximum d'environ 5,08 cm dans toutes les dimensions et qui sont compatibles avec le système utilisé pour l'adjonction du laitier, ou bien on peut les ajouter séparémento En raison de l'action d'agitation du métal dans le tube et du circuit d'écoulement résultant dans le moule, ces adjonctions d'alliages peuvent être introduites dans la première partie de l'opération de coulée et l'on peut s'attendre à une bonne répartiî tion dans l'ensemble du lingot. Lorsque la stabilité des oxydes dans le laitier est élevée, même les alliages les plus

réactifs tels que les alliages d'aluminium, de titane, dezir-

conium, de magnésium, de calcium ou des terres rares et ana-

logues, seront transférés dans l'acier à partir du laitier avec une rétention maximum de l'élément entrant dans l'alliage dans le métal qui est coulé. L'adjonction de ces alliages ainsi

que de ces oxydes stables, qui ne réagissent pas avec ces élé-

ments entrant dans la cOaposition des alliages, l'élimination du circuit d'écoulement sur la surface de la lingotière et le recouvrement de la surface métallique à l'extérieur du tube avec le laitier fondu, opération qui est effectuée par le jet

de coulée au-dessous de la partie inférieure du tube, rédui-

sent la teneur en oxygène à l'intérieur du métal coulé, à une

valeur inférieure à celle que l'on peut obtenir avec des cou-

lées classiques. A son tour ceci entraîne une diminution du nombre des inclusions de plus faible taille subsistant dans le métal. On a trouvé que la ductilité de l'acier, mest de façon typique selon l'essai de résilience Charpy sur encochE en V (CVN),peut être améliorée lorsque la taille moyenne des inclusions dans le métal est réduite. Cette relation entre

la longueur moyenne des inclusions et les valeurs CVN est re-

présentée sur la figure 2, sur laquelle la courbe 6 concerne la longueur moyenne, tandis que la courbe 7 concerne la valeur

totale des inclusions.

La littérature technique récente a décrit les effets nuisibles de la réoxydation pendant la coulée d'aciers qui contiennent des agents antioxydants forts. C'est un problème bien connu. Un exemple typique des effets nuisibles de la réoxydation est représenté sur les figures 3A et 3B. Tout un ensemble d'inclusions de taille importante se trouvent à la partie supérieure du lingot, à proximité de la zone supérieure

chaude. Lorsque les essais portent sur un tel acier con-

tenant un pourcentage important de ces inclusions de grande taille, la ductilité de l'acier est réduite de

façon nuisible.

on a développé des techniques permettant de dé-

terminer statistique nt la taille des inclusions que l'on

trouve dans un lingot et qui mettent en oeuvre la techni-

que décrite ci-après. On examine au microscope une éprou-

vette longitudinale d'acier. Dans une surface de 10 -m2 de l'éprouvette polie, on mesure les 30 inclusions les plus grandes, avec un grossissement de 400 et l'on enregistre leur longueur. Ces données sont ensuite reportées sur un papier graphique de probabilités arithmétiiues, qui possède une échelle linéaire suivant l'axe des ordonnées ou axe Y, et une échelle des fréquences cumulées sur l'axe des abscisses ou axe X. Ces données, qui fournissent une distribution de fréquence normale "en forme de cloche' se situent sur une

droite lorsqu'elles sont reportées sur ce type de papier.

Une courbe typique illustrant cette méthode de trai-

tement des mesures des inclusions est représentée sur la figure

4. Les données représentées sur cette figure peuvent être in-

terprétées de la manière suivante cinquante pour-cent des

inclusions trouvées dans cette éprouvette possèdent une lon-

gueur réelle inférieure a 15 microns et 95% des inclusions

possèdent une longueur inférieure ou égale à 80 microns.

Les nouvelles caractéristiques de la présente inven-

tion peuvent être illustrées sur la base de telles mesures.

Sur la figure 3Aon a représenté des aciers contenant des ter-

res rares, qui sont des agents anti-oxydants à action très

intense, et qui font l'objet d'une réoxydation avec en consé-

quence l'apparition d' inclusions de taille importante, comme représenté sur cette figure 3A. Les effets avantageux représentés par les nouvelles caractéristiques de la présente invention sont reproduits dans le tableau I, inséré ci-après dans la

présente description.

TABLEAU I

Tube utili-

sé selon l'invention

Laitier ajou-

té dans la lingotière % Terres ra- Longueur de res ajoutées Partie dans la suprieure lingotière % l'inclusion infPartieure inférieure Longueur de l'inclusion Partie Partie supérieure inférieure Adjonction de "Mischmetall" à la poche de

coulée 2.

Adjonction de

laitier uni-

quement

Laitier + sili-

ciure de terres rares 1) Inclusions occasionnelles d'une longueur égale à plusieurs fois le qui sont dues probablement à une réoxydation, caomme représenté sur champ du microscope, au grossissement 400,

la figure 3A.

ir. o CD ro Cs ('Jr Opération Non Oui Oui Non Oui lkg/r Oui 1kg/T Non Non Oui 0,5 kg/T 3,2 4,5 3,5

16,3 (1)

14,4 7,1 ,0 22,9 6,5

En se référant à nouveau à la figure 2, des ré-

ductions de longueur des inclusions de l'ordre repré-

senté dans le tableau I pour la longueur moyenne des inclu-

sions (50%) dans une canalisation en acier d'une limite conventionnelle d'élasticité de 490 MPa pourraient pro- voquer presque un doublement de l'énergie CVN, lorsque la longueur moyenne des inclusions a été réduite de 10 à 3,3 micromètres.

Pour des aciers similaires aux aciers correspon-

dant à la norme américaine SAE 4340, on connaît des spéci-

fications militaires américaines dans lesquelles l'énergie CVN diminue lorsque la limite conventionnelle d'élasticité

augmente. Sur la figure 5, on a représenté deux de ces spéci-

fications (spécifications No 1 et N0 2). On a également re-

présenté les résultats obtenus à partir d'essais montrant des résultats d'essais CVN obtenus à partir d'un lingot d'acier produit à partir de la même coulée, lors de laquelle

aucune adjonction de laitier, ni aucune adjonction de lai-

tier et de terres rares n'ont été effectuéesdans la lingo-

tière (0). Une autre comparaison est établie avec des données provenant de lingots d'acier SAE 4340 refondus par laitier électrique (AX) comme cela a été rapporté récemment dans l'article "Tubes de canons coulés par refusion par laitier électrique" de H.J. Wagner et K. Bar Avi, Metals Technology, Novembre 1979. La fusion avec refusion par laitier électrique(ESR) est connue comme fournissant des aciers qui sont plus propres que ceux fabriqués par toute autre méthode,

à l'exception de ceux qui sont refondus par arc sous vide.

On a représenté également les valeurs relatives à un acier conforme à la présente invention ( El) avec un laitier seul et avec des adjonctions de terres rares et deux aciers avec une adjonction de "Mischmetall" (X) tous possédant

la composition conforme à la norme américaine SAE 4340.

Comme on peut le voir, les exigences d'impact re-

quises pour n'importe quel niveau de la limite convention-

nelle d'élasticité pour la spécification No 1 sont nettement

inférieures à celles requises pour la spécification No 2.

1l De même on notera la rapidité avec laquelle les valeurs CVN

requises diminuent lorsque la limite conventionnelle d'élas-

ticité augmente.

La coulée, à laquelle le "Mischmetall" (MM), seul, a été ajouté, et l'acier, qui a été fondu selon la méthode

de refusion par laitier électrique,sont traités thermique-

ment pour avoir les niveaux les plus faibles de limite con-

ventionnellé d'élasticité, et les énergies d'impact des deux lingots en "Mischmetall" étaient supérieures à celles des

lingots obtenus par refusion par laitier électrique (ESR).

La coulée du "Mischmetall" possède une valeur CVN égale pres-

que au double de celle requise dans la spécification.

Les valeurs CVN pour le lingot ne comportant aucune adjonction à la coulée et avec des adjonctions de laitier à la coulée et des adjonctions de laitier et de terres rates à la coulée, sont obtenues pour des aciers traités thermiquement

pour être amenés à avoir une limite conventionnelle d'élasti-

cité beaucoup plus élevée que la coulée à laquelle le "Mischmetall" aété ajouté et que les aciers obtenus par refusion

par laitier électrique (ESR).

Les meilleures énergies d'impact sont celles obtenues à la partie supérieure <T) et à la partie inférieure (B) du lin

got avec les adjonctions (SR) de laitier (S) et de terres ra-

res (R), la moyenne de ces valeurs CVN se situant à environ

40,674 N.m et la spécification requiert 18,980 N.m à ce ni-

veau de limite conventionnelle d'élasticité. Des longueurs moyennes d'inclusions d'environ 3,5 micraiètres, mesurées dans ces aciers, auraient indiqué leur excellente tenue. Les essais à la partie supérieure et à la partie inférieure du lingot avec des adjonctions de laitier fournissent une valeur moyenne égale à environ 31,183 N.m, à savoir une valeur dépassant de 53% la valeur de la spécification CVN la plus sévère pour ce niveau de limite conventionnelle d'élasticité. En définitive.le lingot témoin sans aucune adjonction à la coulée fournit une valeur moyenne se situant à environ 27,116 N.m, qui est l'énergie CVN

la plus faible des trois lingots testés.

Ces spécifications militaires indiauent égale-

ment la nécessité de satisfaire à une certaine réduction

des valeurs de surface. Cette réduction des valeurs de sur-

face requise pour la spécification N 1 et pour la spécifi-

cation No 2 est à nouveau représente sur la figure 6, en

fonction de la limite conventionnelle d'élasticité de l'acier.

Dans le tableau I, on avait indiaué qu'il y avait des inclusions occasionnelles dont la longueur correspordait à plusieurs fois le chaosp du microscope au arossissement 400. Ces inclusions ne seÈlaie t -as perurber les énergies d'impact, mais elles avaient abaissé fort.eTnt la réduction des valeurs de surface à des valeurs inférieures

à celles admissibles pour la spécification N* 2 la plus sévère.

A nouveau la longueur (22,9 micromètres) de 95%

des inclusions trouvées dans le lingot fabriqué avec unique-

ment l'adjonction d'un laitier, a abaissé la réduction de la valeur de surface à 22%, tandis que la réduction de surface de l'acier provenant du lingot réalisé avec une adjonction

de laitier et de terres rares est de 32% à la base du lingot.

On peut illustrer de façon supplémentaire le carac-

tère évident de la puissance des agents anti-oxydants de ces

laitiers et l'action d'éléments actifs sous la forme sul-

fure à action intense, qui sont tous des agents anti-oxydants à action intense, en effectuant l'analyse des pourcentages d'oxygène et des terres rares d'éprouvettes prélevées du lingot

forgé traité avec à la fois un laitier et des terres rares.

Ces analyses sont représentées dans le tableau II.

TABLEAU II

Terres rares (RE) ajoutées Terres rares (RE) retenues Pourcentage possible d'oxygène enlevé

2 (RE) + 30 RE O

(42 ppm) (42 ppmn) Lingot sans aucune addition ci Lingot conforme à

la présente inven-

tion avec adjonction de laitier et d'une terre rare o 0' oni Teneur en oxygène Oxygène enlevé

0,0475 %

0,023 %

0,0042 %

44 ppm La combinaison des adjonctions d'un laitier et de terres rares permet d'e mpêcher une réoxydation pendant la coulée et de faire réagir les terres rares présentes avec l'oxygène dans l'acier avec un rendement presque total, comme cela est indiqué par les résultats représentés sur le tableau II. Lorsque les lingots d'acier correspondant à la norme américaine SAE 4340, auxquels des adjonctions de laitier et des adjonctions de laitier et d'une terre rare

ont été effectuées, furent prélevés de la lingotière dans la-

quelle ils avaient été coulés, leurs surfaces étaient re-

couvertes d'une mince couche de laitier, qui s'est rapide-

ment décollée du lingot après que ce dernier ait été enlevé de la lingotière. Les surfaces ne présentaient aucune fissure

et il n'y avait aucune trace d'irrégularités de surface ré-

sultant d'éclaboussures produites par le jet de coulée frap-

pant le métal situé dans la lingotière et qui se solidifient sur la paroi de cette dernière et apparaissent éventuellement à la surface du lingot lors de la mise en oeuvre des procédés classiques. Ces irrégularités sont désignées habituellement

sous le terme de "croûtes". Sur les figures 7A à 7B on a re-

présenté des micrographies des disques ayant subi une macro-

attaque chimique et prélevés dans la partie supérieure et dans

la partie inférieure du lingot, auquel à la fois des adjonc-

tions de laitier et des adjonctions de terres rares ont été

apportées, afin d'illustrer cette absence de fissures super-

ficielles, qui auraient été visibles sur ces disques ayant su-

bi une macro-attaque chimique. Ces macro-attaques chimiques

indiquent également l'absence d'inclusions de tout type au-des-

sous de la surface. Ceci s'oppose au cas des macro-attaques chimiques, obtenues à partir de la coulée traitée de façon conventionnelle dans laquelle on a ajouté du "Mischmetall" à la poche de coulée, et qui étaient non seulement inaptes à fournir une réduction de la tension de surface, imais également montraient des groupes évidents d'inclusions situées dansles zones des macro-attaques chimiques et qui avaient pour effet un rejet de la coulée pour une application imposant certaines exigences. Des améliorations de la netteté de surface, telles

que l'ont montré des déterminations de la longueur des inclu-

* sions, et des améliorations de la qualité des zones à micro-

attaque chimique, dues à des adjonctions d'un laitier ou à des adjonctions d'un laitier et de terres rares conformément à la présente invention, ont été obtenues avec des adjonctions de laitier s'élevant à 1kg/T de laitier et à légèrement

moins de 0,5 kg /T de terres rares.

Rien n'indique, dans cette constatation que des adjonctions nettement plus importantes de laitier allant jusqu'à 1% du poids du métal ne pourraient pas être plus efficaces que la quantité de laitier utilisée dans ces deux lingots. Dans la refusion par laitier électrique, des quantités de laitier de 1% et pl

du poids de l'acier se sont avérées aptes à réaliser une dé-

sulfuration et une déphosphoration des aciers fondus selon la

refusion par laitier électrique. Les adjonctions extrêmement fai-

bles de laitiers utiliséeslors de ces essais furent insuffisan-

tes pour réaliser une désulfuration ou une déphosphoration à

une valeur mesurable.

En outre la quantité des terres rares ajoutées peut

être accrue à plus de 0,5kg/T utilisée dans cet exem- --

ple et des données thermodynamiques existantes indiquent qu'ave ces adjonctions accrues de terres rares, l'acier posséderait

moins d'oxygène, moins de soufre et que l'on pourrait s'atten-

dre à la formation de composés à point de fusion élevé, avec dt

plomb, de l'arsenic, de l'antimoine et du phosphore.

Les terres rares ne sont pas les seuls élements que l'on peut ajouter en vue d'obtenir les avantages décrits ci-deE sus. Certains des autres agents anti-oxydants à action intense et des autres éléments actifs sous la forme sulfure, tels que le calcium, le titane, le zirconium et le magnésium, peuvent être également utilisés. Bien que l'aluminium ne soit pas un agent de formation de sulfures, il est possible de l'utiliser en vue de réduire la teneur en oxygène du système à de faibles niveaux, que les laitiers peuvent mieux désulfurer et déphosphc

rer.

La composition du laitier utilisé dans ces deux lingots était: 40% de CaO, 30% de CaF2, et 30% de Al 2À

Les laitiers formes d'autres combinaisons du groupe CaO-CaF 2-

A1203 peuvent être également efficaces. En général, les avan-

tages seront maximum lorsque le AI203 est prévu avec une va- leur minimum de manière à fondre rapidement le laitier lorsqu'il est agité avec le métal dans le tube par le jet de coulée. On peut utiliser de la silice (SiO2) pour remplacer une partie

soit du A1203, soit du CaF2, afin d'abaisser les points de fu-

sion de ces laitiers, même au point d'éliminer le A 203, mais

étant donné que la stabilité chimique de la silice est infé-

rieure à celle de l'Al203, l'utilisation de SiO2 dans ces lai-

tiers pourrait réduire leur aptitude à produire les modifica-

tions indiquées antérieurement et par conséquent il faut utili-

ser le SiO2 avec soin.

Le concept de la présente invention, illustré ci-

dessus en mettant en oeuvre des adjonctions d'un laitier et

des adjonctions d'un laitier et de terres rares en les intro-

duisant dans un tube pénétrant dans la lingotière et à travers

lequel le lingot est coulé, peut être appliqué lors de l'ouver-

ture d'un four dans une poche de coulée. Lorsqu'un four basique à oxygène, vidangé par le haut ou vidangé par le bas (BOF ou QBOF) est ouvert ou percé, le trou de coulée situé dans le four agit d'une façon tout à fait similaire à la buse située dans la partie inférieure de la poche de coulée, en ce ca'il

dirige le jet de coulée à l'intérieur de la poche de coulée.

Ce jet de coulée pourrait être dirigé à l'intérieur d'un tube métallique suspendu à partir de la partie supérieure de la poche de coulée. On pourrait ajouter à l'intérieur de ce tube

métallique des laitiers désulfurants, des laitiers déphospho-

rants, des agents anti-oxydants, des agents éliminant le soufre

et des agents de commande de forme à sulfures et d'autres élé-

ments nécessaires pour satisfaire aux spécifications chimiques,

et l'on pourrait s'attendre à ce que,lorsque l'action d'agita-

tion de ce jet de coulée est limitée à l'intérieur du tube, les réactions de désulfuration et de déphosphoration soient plus efficaces, la désoxydation soit plus sûre et l'abaissement de la teneur en oxygène par désoxvdation et la dissolution de ferro-alliages à point de fusion élevé dans l'acier, soient

plus efficaces.

Dans des fours électriques et dans des fours Martin, un dispositif similaire à un entonnoir de coulée à buse unique devrait être installé audessus du tube inséré à l'intérieur de la poche de coulée de manière à diriger le jet de coulée

à l'intérieur du tube situé dans la poche de coulée.

Bien que la présente invention ait été décrite selon certains modes d'exécution préférés, on comprendra que toute modification peut y être apportée sans sortir du cadre de la

présente invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de coulée d'un métal dans un réceptacle (1) caractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires suivantes consistant à: (a) couler le métal par un tube consommable (5) sensiblement vertical et s'étendant d'une source de coulée (2) jusqu'à un point immergé au-dessous de la surface d'une masse fondue (3) située dans le réceptacle (1), (b) consommer de façon continue l'extrémité dudit tube vertical (5) immergé au-dessous de la surface de la masse fondue (3) à une vitesse permettant de maintenir à une longueur suffisante. une partie sensiblemient

uniforme de l'extrémité du tube immergée dans la masse fon-

due (3) pour réaliser une action d'àagitatfon sur sen-

siblement l'ensemble de la surface située à la partie supé-

rieure et pour empêcher le métal de circuler au ni-

veau de la surface supérieure sous la forme d'une couche en écoulement, et (c) enlever ledit tube (5) lorsque la coulée dans

le réceptacle (1) est achevée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le tube (5) est un tube métallique possédant une com-

position compatible avec le métal qui est coulé.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des constituants de formation du laitier sont ajoutés

au métal dans le tube vertical (5).

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ingrédients d'alliages métalliques sont ajoutés au métal dans le tube vertical (5),

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que des constituants de formation du laitier sont ajoutés au

métal dans le tube vertical (5).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications

2 ou 3,caractérisé en ce que des ingrédients d'alliages métal-

liques sont ajoutés au métal dans le tube vertical (5).

7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les composants de formation du laitier sont choisis parmi le groupe incluant -l'A1203, le SiO2, le Ce203, le CaF2,

le CaO et des sels des halogènes.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé

en ce que les ingrédients de formation d'alliages sont choi-

sis parmi le groupe incluant l'aluminium, le titane, le zir-

conium, le magnésium, le calcium et les. i-taux des terres rares.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que des ingrédients métalliques choisis parmi le groupe incluant l'aluminium, le titane, le zirconium, le magnésium, le calcium et les métaux des terres rares, sont ajoutés au

miétal dans le tube vertical.